Combine un generador de funciones con una fuente de alimentación o una carga para realizar pruebas más eficaces

¿Qué tan susceptible es el circuito al ruido en sus líneas de riel de CC? ¿Cómo se puede probar el rendimiento de seguimiento del punto de máxima potencia de un inversor? ¿Cómo puede usar la instrumentación para cumplir con los requisitos de prueba dinámica para vehículos eléctricos? Estos son solo algunos ejemplos de los desafíos a los que se enfrenta al desarrollar rutinas de prueba para verificar el rendimiento de sus productos.

La solución requiere una combinación de una fuente de alimentación de CC o una carga y un generador de señales para modular el dispositivo de alimentación de CC. Una opción es combinar los dos instrumentos. Puede usar una T de polarización para conectar un generador de señal de CA y un instrumento de CC juntos. Esa es una conexión simple, pero el problema es que será difícil encontrar una T de polarización disponible comercialmente que pueda pasar más de 700 W con un voltaje máximo de 100 V y una corriente máxima de 7 A. Si está probando un inversor de panel solar, la batería de un vehículo eléctrico y los circuitos del vehículo, o cualquier circuito que funcione a más de 100 V CC, entonces una T de polarización con una capacidad de 100 V y 7 A es completamente inadecuada. Otra alternativa es un amplificador de potencia de banda ancha que tiene un ancho de banda hasta CC. La mayoría de los amplificadores de potencia no amplifican las frecuencias hasta CC. Son grandes y caros. Ninguna de estas opciones resuelve el desafío de combinar una señal de CA de baja potencia con un nivel de CC de alta potencia.

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Figura 1. Una T de polarización combina una salida de generador de señal con una salida de fuente de alimentación de CC, pero tiene limitación de potencia

Generador de funciones incorporado para generación de señales AC + DC

La mejor solución es hacer lo que hace EA Elektro-Automatik, que es convertir el generador de funciones en una fuente de alimentación o una carga. Entonces no tiene que preocuparse por proteger un generador de señal de baja potencia de una fuente de alta potencia. De hecho, no hay hardware de bajo consumo que proteger, ya que el generador de funciones de EA es completamente firmware.

El generador de funciones puede generar ondas sinusoidales, ondas triangulares, ondas rectangulares, rampas, así como formas de onda personalizadas. Puede utilizar estas formas de onda para:

• Pruebe la susceptibilidad de un circuito a la inmunidad al ruido de la línea de alimentación agregando una señal de 60 (50) Hz (y armónicos) a un voltaje de CC que represente las líneas de riel de CC
• Probar la respuesta de un circuito a diferentes tasas de aceleración del riel de voltaje
• Determine el rango de voltajes del riel sobre el cual un circuito permanecerá alimentado
• Simule picos de voltaje para probar el nivel de protección de un circuito contra transitorios de voltaje
• Pruebe la susceptibilidad de un circuito a una señal de ruido personalizada de kHz que representa la salida de una fuente de alimentación conmutada.

Estos son solo algunos ejemplos de cómo un generador de forma de onda arbitraria integrado en una fuente de alimentación de CC puede permitirle a un ingeniero de pruebas probar más a fondo un circuito o un producto. Las pruebas más exhaustivas mejoran la confiabilidad del producto.

El generador de funciones incorporado de EA tiene aún más capacidad. El generador de funciones tiene la capacidad de crear curvas IV para simular dispositivos como celdas solares, baterías y celdas de combustible.

Simulación de un panel solar o una matriz de paneles solares para la prueba de inversores

Simulemos un panel solar. Necesitamos crear una curva IV para el panel solar. Primero, revisemos cómo funciona una celda solar para que podamos entender qué definirá el generador de funciones para el panel solar, un conjunto de celdas solares conectadas. Un modelo de celda solar consta de una fuente de corriente que representa la luz solar que crea corriente, una unión pn representada por un diodo y resistencias en serie y en paralelo con la unión pn. Los fotones inciden sobre los electrones en la unión pn y proporcionan suficiente energía para permitir que la electrónica pase a la banda de conducción. El campo eléctrico que se acumula enciende el diodo y la corriente fluye hacia la salida de la celda solar. La Figura 2 muestra un modelo simple para una celda solar.

Figura 2. Modelo de circuito para una celda solar

Las resistencias en serie y en derivación representan las pérdidas en la celda solar. La resistencia en serie representa la resistencia del material semiconductor de la celda solar y la resistencia de sus contactos metálicos. La resistencia de derivación representa la resistencia de aislamiento definida por la corriente de fuga a través de la unión pn. Tener una resistencia en serie más baja y una resistencia en derivación más alta aumenta la eficiencia de la celda solar.

Según este modelo, la celda solar tiene una característica IV, como se muestra en la curva roja de la Figura 3. La unión pn exhibe una característica de diodo inversa. Los parámetros clave que definen la curva son la corriente de cortocircuito de la celda solar, ISC, su voltaje de circuito abierto, VOC, y el punto donde la potencia de salida de la celda solar es máxima, el punto de máxima potencia, MPP. El ISC y el VOC son la corriente y el voltaje máximos que puede generar la celda solar. VMP e IMP, como se muestra en la curva azul de la Figura 3, representan los parámetros IV de la máxima potencia de salida que puede generar la celda solar. Operar la celda solar en su MPP asegura el máximo rendimiento de la celda solar y es el punto de operación objetivo.

Figura 3. Característica IV de una celda solar (curva roja) y la potencia de salida (curva azul)

El generador de funciones integrado de los instrumentos EA Elektro-Automatik, como las fuentes de alimentación CC bidireccionales PSB, facilita la creación de la curva IV de la célula solar. El generador de funciones requiere cuatro parámetros: el voltaje de circuito abierto, la corriente de cortocircuito y la corriente y el voltaje del punto de máxima potencia. La Figura 4 muestra la pantalla de configuración que creará la curva IV.

Figura 4. Pantalla de configuración del generador de funciones para la simulación de células solares.

Los ingenieros de prueba pueden usar la celda solar simulada para probar los inversores de la celda solar y qué tan bien pueden rastrear el punto de máxima potencia de la celda solar o el panel solar. El generador de funciones permite probar la eficiencia de un inversor de conformidad con la norma EN 50530 Eficiencia global de los inversores fotovoltaicos conectados a la red. El modo de prueba EN50530 permite determinar la respuesta del inversor a los cambios en el punto de máxima potencia. Además, el modo de prueba permite que las entradas cambien la irradiancia en el panel solar y los cambios en la temperatura de su superficie. Ambos parámetros afectan la salida de la celda solar.

Con un banco de pruebas de hasta 64 suministros PSB de 30 kW, un ingeniero de pruebas puede simular una granja solar de 1.92 MW. Esto permite realizar pruebas completas de inversores solares para aplicaciones de distribución de energía.

Simulación de una batería para probar un sistema que funciona con batería y su cargador

Un segundo ejemplo de una aplicación para el generador XY del generador de funciones es la simulación de una batería. La Figura 5 ilustra un modelo simple para una batería. El modelo utiliza una fuente de tensión ideal que representa la tensión de circuito abierto de la batería y una resistencia interna que representa las resistencias electroquímica y electrónica de la batería. A medida que aumenta la corriente de carga, el voltaje de salida de la batería disminuye debido al aumento de la caída de voltaje en la resistencia interna. Un ingeniero de pruebas puede determinar cómo una carga, como el motor de un vehículo eléctrico, responde a la caída del voltaje de la batería cuando el motor aumenta su consumo de corriente.

Figura 5. Modelo simplificado de una batería usando una fuente de voltaje ideal y una resistencia interna

Usando el generador de funciones en la carga electrónica ELR, la carga ELR puede simular una batería para la prueba del cargador. La carga puede determinar qué tan bien un cargador puede suministrar una salida de alta corriente para cargar rápidamente una batería. Además, la carga simulada de la batería puede probar la capacidad del cargador para cargar la batería de manera segura cuando se alcanza el 100 % de la carga.

Beneficios de incluir un generador de funciones en una fuente de alimentación y una carga

El generador de funciones incorporado en las fuentes de alimentación y las cargas de EA brinda al ingeniero de pruebas flexibilidad para probar productos de manera más exhaustiva en una amplia gama de condiciones. El generador integrado elimina la complejidad de combinar un generador de señales de baja potencia con un instrumento de alta potencia y evita posibles problemas de seguridad. Con toda la capacidad que agrega el generador de funciones, ¿tiene sentido considerar una nueva fuente de alimentación sin un generador de funciones?